《GaN HEMT小信號等效電路模型的建立分析》1600字

第11頁（共22頁）GaNHEMT小信號等效電路模型的建立分析目錄TOC\o"1-2"\h\u900GaNHEMT小信號等效電路模型的建立分析 1244731.1基本建模流程 141441.2小信號等效電路模型 2247331.3模型對比 41.1基本建模流程小信號等效電路的基本建模流程大致可以分為四步：a.確定電路拓撲結(jié)構(gòu)；b.獲得器件實測數(shù)據(jù)；c.參數(shù)提取與優(yōu)化；d.模型驗證。設(shè)計要求100MHz~10GHz頻段模型誤差<15%，若小于該誤差則建模成功，若大于該誤差則要修改模型。修改模型時首先嘗試調(diào)整電路元件參數(shù)值，若仍然不能滿足精度要求就要考慮修改電路的拓撲結(jié)構(gòu)，流程框圖如下：圖2-1建模流程框圖 建立小信號等效電路模型的第一步就是選擇一個合適的電路拓撲結(jié)構(gòu)，參數(shù)提取的策略和結(jié)果很大程度依賴于等效電路的拓撲結(jié)構(gòu)，因此，選擇一個合適的電路結(jié)構(gòu)可以起到事半功倍的效果，所建立的拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)該在遵從器件物理結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，盡可能得到簡便的提參策略。本設(shè)計選用18元件小信號等效電路模型，在“ColdFET”條件下，本征部分直接用一個RL并聯(lián)的“T”型網(wǎng)絡(luò)近似替代，采用優(yōu)化的方式進行參數(shù)提取，這樣可以大大簡化電路模型以及參數(shù)提取的復(fù)雜度。第二步是獲得GaNHEMT器件的實測數(shù)據(jù)，主要包括其在100MHz~10GHz不同偏置下的Z參數(shù)、Y參數(shù)及S參數(shù)等，可以利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行直接測量S參數(shù)，然后通過轉(zhuǎn)換關(guān)系進行轉(zhuǎn)化得到Y(jié)參數(shù)和Z參數(shù)。第三步是參數(shù)提取與優(yōu)化，該部分主要利用器件實測數(shù)據(jù)的各個特征參數(shù)以及等效電路模型的特征參數(shù)表達式先粗糙地估計出參數(shù)初值，然后設(shè)定等效電路模型和實測數(shù)據(jù)特征參數(shù)趨近的目標，利用ADS的優(yōu)化功能對參數(shù)值進行優(yōu)化得到最終結(jié)果，若優(yōu)化結(jié)果無法達到預(yù)期目標還可進行手動調(diào)諧。提取順序是優(yōu)先提取不受偏置影響的寄生參數(shù)，然后再固定寄生參數(shù)值，改變偏置，分別提取不同偏置條件下的本征參數(shù)值。最后檢查精度是否符合要求，可以先通過史密斯圓圖粗略地觀察器件實測S參數(shù)和等效電路S參數(shù)的吻合程度，然后分別繪制S參數(shù)的實部與虛部數(shù)據(jù)曲線進一步進行驗證，最后通過S參數(shù)具體值和誤差計算公式進行誤差的計算與分析。1.2小信號等效電路模型圖2-2“ColdFET”小信號等效電路模型如圖2-2所示，虛線框內(nèi)的是本征部分，外圍是非本征部分，寄生參數(shù)值與偏置無關(guān)，而本征參數(shù)值會隨偏置的變化而變化。寄生部分包括4個寄生電容，3個寄生電感以及5個寄生電阻，在“ColdFET”條件下，GaNHEMT器件可以用一個簡單的“T”型網(wǎng)絡(luò)來表示，本征部分由模擬肖特基結(jié)的RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Ry,Cy)和模擬有源通道的兩個相同RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Rch/2,2Cch)組成。其中，各元件物理意義分別是：（1）Cpgs：柵源端寄生電容；（2）Cpds：漏源端寄生電容；（3）Lg：柵極互連線寄生電感；（4）Ls：源極互連線寄生電感；（5）Ld：漏極互連線寄生電感；（6）Rg：柵極寄生電阻；（7）Rs：源極寄生電阻；（8）Rd：漏極寄生電阻；（9）Cpg：柵極外部PAD對地與PAD之間的耦合電容；（10）Cpd：漏極外部PAD對地與PAD之間的耦合電容；（11）Rpgs：柵源電阻；（12）Rpds：漏源電阻；1.3模型對比如圖2-3,2-4,2-5分別是經(jīng)典的14元件小信號電路模型，改進的22元件小信號電路模型，以及本文建立的18元件小信號電路模型。14元件小信號電路模型的優(yōu)點是電路拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，小信號參數(shù)比較少，因此提取模型參數(shù)比較容易，但是該模型忽略了許多寄生效應(yīng)，特別是高頻下電容的分布效應(yīng)，模型精度不夠，不能很好地反應(yīng)器件在高頻下的工作狀態(tài)。22元件小信號電路模型的優(yōu)點是考慮得非常周全，預(yù)測了各種可能的寄生效應(yīng)，模型的精度比較高，能夠很好反應(yīng)器件的工作狀態(tài)，但缺點是該模型的電路拓撲結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，小信號參數(shù)比較多，因此提取參數(shù)比較復(fù)雜，幾乎無法通過測量推導(dǎo)得到模型參數(shù)，只能全盤交付優(yōu)化算法完成這項工作。本文建立的18元件小信號電路模型是基于“ColdFET”條件下的，在該條件下，GaNHEMT器件可以用一個簡單的“T”型網(wǎng)絡(luò)來表示，于是本征部分由模擬肖特基結(jié)的RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Ry,Cy)和模擬有源通道的兩個相同RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Rch/2,2Cch)組成，電路拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，可以通過推導(dǎo)計算